DE1932842A1

DE1932842A1 - Laufzeitdiodenoszillator

Info

Publication number: DE1932842A1
Application number: DE19691932842
Authority: DE
Inventors: Nishizawa Dr-Ing Jun-Ich; Okamoto Dr-Ing Kotaro; Okabe Dipl-Ing Takeaki
Original assignee: Semiconductor Research Foundation
Current assignee: Semiconductor Research Foundation
Priority date: 1968-08-01
Filing date: 1969-06-28
Publication date: 1970-02-19
Also published as: DE1932842B2; US3602840A; GB1275091A

Description

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

D-B MÖNCHEN 60

BÄCKERSTRASSES

6/85

Semiconductor Research Foundation Kawauchi, Sendai-shi, Miyagi-ken Japan

Laufζ e itdi od enos zillat or

Iriorität: 1. August 1968 Japan 43-54536 '

Die Erfindung befasst sich mit einem Laufzeitdiodenoszillator und insbesondere mit einem Lauf zeitdiodenoszillator mit einem iDunneleffekt-Injiziarungsübergangeteil.

Yon Read vorgeschlagene Read-Moden und Avalanche Dioden sind als in der Massenfertigung hergestellte Schwingungselemente anstelle von llystronoszillatoren mit mittlerem und kleinem Ausgang einschließlich Millimeterwellen bekanntgeworden und werden jetzt in großem Umfange praktisch angewendet.

Eine höhere Schwingungsfrequenz kann jedoch nicht mit der Read-Diode realisiert werden, da ihr Aufbau kompliziert und ihre Herstellung sehr schwierig ist, während anderer-

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seits die Avalanche-Diode, obwohl sie leicht hergestellt werden kann, den Nachteil hat, daß die Lawineninjlzierung nicht wirksam in einer extrem schmalen Raumladungsschicht ausgeführt werden kann.

Ein Zweck der Erfindung besteht deshalb darin, einen P Laufzeitdiodenoszillator mit einem Injizierungsteil zu schaffen, der in der Lage ist, eine wirksame Injizierung von Ladungsträgern auch bei Frequenzen oberhalb 100 GHz ^ auszuführen.

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Laufzeitdiodenoszillator einer neuen Injizierungeart zu schaffen, der in der Lage ist, eine wirksame In^izierung von Ladungsträgern auch bei Frequenzen oberhalb 100 GHz auszuführen, ohne eine lawineninjizierung zu verwenden.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen stabilen Laufzeitdiodenoszillator mit sehr gutem Wirkungsk grad zu schaffen, der in der Lage ist, Schwingungen oberhalb 100 GHz mit einer Betriebsspannung auszuführen, die kleiner als die Betriebsspannung der IMPATT-Diode ist.

Gemäß der Erfindung wird eine Diode mit einem Halbleiter» material und vorzugsweise einem Verbindungshalbleiter der direkten Übergangsart und einer großen Beweglichkeit, wie Galliumarsenid Indium-Äntimon, Germanium oder Silizium, gebildet. Diese Diode hat in sich einen p-n-Übergang und dieser Übergang wird mit der Betriebsspannung in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Bei der Betriebsspannung wird ein Ladungsträger innerhalb der schmalen Eaumladungsschicht des Übergangs durch den Tunneleffekt.-injiziert-. Dieser

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Ladungsträger wird zu den beiden Elektroden durch das elektrische Feld gesogen und Terringert gleichzeitig das innere elektrische Feld und steuert die lunnelinjisierung. Venn der zu den beiden Elektroden gesogene Ladungsträger seinen Durchgang durch die Raumladungssohicht beendet hat, wird der Injizierungsteil eines hohen elektrischen Feldes in dem Übergang auf ein elektrisches Feld erhöht, das ausreichend ist, um einen Tunnelvorgang zu bewirken, und die Tunnelingizierung des Ladungsträgers fängt an. Diese Wiederholung entspricht der Zeitdauer der Schwingung der Diode und erzeugt eine Stromschwingung von extrem hoher Frequenz und Induziert auch ein elektromagnetisches Feld in dem Außenkreis.

Somit schafft die Erfindung eine LaufZeitvorrichtung einer neuen Injizierungeart unter Verwendung der !Tunnel-Injizierung anstelle der Lawlneninjizierung. Sie Erfindung geht dabei von der Grundlage der Tatsache aus, daß in einer extrem schmalen Raumladungsschicht eine Lawineninjizierung nicht wirksam ausgeführt werden kann, während eine Tunneling5-zierung sehr leicht und stabil ausgeführt werden kann*

Das Prinzip der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die spezielle Beispiele zeigt, und praktische Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der die Fig. ta, b, und c Fremdstoffverteilung, elektrische Feldverteilung und Energiebandmodell einer PNIN-Diode zeigen, die mit einem Tunnelinjizierungsubergang versehen ist. Fig. 2 ist ein Schnitt einer Punkt-

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kontaktdiode mit einem einzelnen Tunnelinjizierungsübergang. Die Fig. Ja, b und c zeigen Fremdstoffverteilung, elektrische Feldverteilung und Energieband einer PH-Diode der steilen Art, in der eine Tunneling izlerung ausgeführt ist. Fig. 4a und b zeigen die Fremdstoffverteilung einer Übergangsdiode der steilen Art, in der eine Tunnelingizierung an allen Orten des Übergangs ausgeführt wird. Fig. 5 zeigt eine Fremdstoffverteilung und Energieband einer Diode mit einer Ausbildung, die sich der Auebildung der Diode mit allmählichem Übergang nach den Fig. 4a und b annähert. Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Durchbruchspannung und dem Temperaturkoeffizient einer aufgedrückten Spannung unter der Bedingung, daß die Stromdichte 10 A/cm und 100 A/cra ist. Fig. 7 let ein Schnitt, der den Hittelteil eines Resonators zeigt, der bei einer Aueführungeform der Erfindung verwendet wird. .

Fig. 1a, b und c zeigen Fremdstoffverteilung, elektrische Feldverteilung und £nergiebandmodell einer Diode mit einer Ausbildung, die der Ausbildung der Read-Dlode gleichartig ist. Mit 1 ist die N-Schicbt, mit 2 die !-Schicht,'mit 3 die N-Schicht, mit 4 die P-Schlcht bezeichnet und mit 5 sind die Elektronen bezeichnet, die von dem Valenzband der P-Schicht zu dem Leitungsband der N-Schicht tunnelinjiziert werden. In dem PN-Übergangsteil wird der Übergang in Rückwärtsrichtung durch die Betriebsspannung vorgespannt und der Tunneldurchbruch tritt, auf. Die Breite L des Bereiche des hohen elektrischen Feldes ist so gewählt,

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daß die lawine nicht gut anwachsen kann·

Somit werden die Donatorendichte BDO und die Akseptorendichte KAO des PN-Übergangstells bestimmt« Der durch den Sunneldurohbruoh erzeugte ladungsträger, d.h. die Elektronen laufen durch die I-Sohicht, die der Hauptdurchgangebereich ist, und wenn der Abstand It so bestimmt 1st, daß die Blasenverschiebungsdrehung von etwa 3TT/2 während dieses Durchganges erhalten werden kann, wird ein negativer Widerstand ewisehen den beiden Anschlüssen erzeugt. Aus diesem Grunde muß die I-Schicht ein solches hohes elektrisches PeId haben, daß die I-Sohicht durchstanet wird und der Ladungsträger bei der gesättigten Geschwindigkeit eintrifft, wenn die I-Sohicht in Rüokwärtsrichtung vorgespannt ist, hierbei jedoch eine Elektronenlawine in dem Hauptbereich nicht auftritt. Es ist wünschenswert, daß der Rückwärtsstrom nach der Durchstanzung der I-Schicht schnell ansteigt und der lunaeldurchbruoh diesem Erfordernis genügt·

Beispiele von numerischen Werten, die man mit einer Diode der Ausbildung nach fig. 1 durch die Verwendung von Silizium erhält, sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Beispiel Möglicher Bereich NDO 5x10^^ö/cm⁵ UV⁷- I0²⁰/cm³ NAO 2x10¹⁹/em³ 10¹⁷- 1O^2O/cm³

L 200 A unter 800 £

Lt 5/U 0,5 -20 /U

Lb 1O¹⁴ZOm⁵ 1O¹⁴-1O¹⁶/cm³

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Selbstverständlich, kann die Fremdstoffverteilung der Pig. 1 auch mit anderen Halbleitern als Silicium durch die Verwendung von bekannten Verfahren erhalten werden, wie B.B. dem sogenannten Legierungs-Hachdiffusionsverfahren, das zuerst Fremdstoffe diffundiert, die eine Leitfähigkeitsart ergeben, die gleichartig der Leitfähigkeitsart der Fremdstoffe ist, die dem Halbleiter zugegeben werden, und dann ein Legierungsmaterial einschließlich eines großen Betrages von Fremdstoffen mit einer Leitf ähigkeitsart, die der besagten Leitfähigkeiteart entgegengesetzt 1st, legiert und einen p-n-Übergang bildet. Auch kann das Legierungsdiffusionsverfahren angewendet werden, das ein Legieren und eine Diffus ion gleichzeitig durch die Verwendung eines Legierungsmaterials mit Akzeptoren^- und Donatoren-Fremdstoffen ausführt. Des weiteren kommen in Frage das Doppeldiffusionsverfahren, das Verfahren des epitaxialen Wachsens, das die vorbestimmte Fremdstoffkonzentrationsverteilung erreicht, indem während des Wachsens des Kristalls in der gasförmigen Phase Fremdstoffe in geeigneter Weise zugegeben werden, und das Rückschmelzverfahren.

Ein Beispiel dieser Verfahren wird nun im einzelnen beschrieben. Bine P-Schicht mit hohem Widerstand einer Dicke von 30yu wird dem Verfahren des epitazialen Wachsens auf einer P-Silizium-Irägerscheibe gebildet, die mit Bor bei einer Konzentration von 1 χ 10 /enr gedopt ist. Der spezifische Widerstand dieser epitaxialen Schicht muß über 0,5 Ohm cm liegen. Dann wird die Trägerscheibe in

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ο
Pastillen von 4 ■» geschnitten. Punkte aus einer Legierung Toa Ag, Fb₁ Sb und Al,in der das Gewicht8-verhftltnis der Bestandteilsaetalle 2Oi20:10si beträgt, werden auf den epitaxialen Schichtflachen der Pastillen angeordnet und eine Legierung und Diffusion wird gleichseitig auf diesen innerhalb eines Vakuums von 2x10 bis 10x10 Torr bei einer Temperatur von 950° C für 20 Minuten ausgeführt. Es ist hierbei eine Steuerung wichtigt so dafi die Tiefe der Zwischenfläche zwischen der flüssigen Phase und der festen Phase» die in der Schicht des epitaxialen Wachsens während des Legierungs-▼organges fortschreitet, der vorbestlmte Wert wird. Bei dem vorliegenden Beispiel wurde diese Tiefe 25/u gemacht. Als nächstes wird eine ohmsche Elektrode an der Rtickflache der Scheibe unter Verwendung einer eutektisohen Legierungsfolie aus Al-Si als Lötmittel angebracht und eine Wärmebehandlung für die Zwecke der Legierung auf einem nickelplattierten MolybdänstUok wird im Vakuum von 2 bis 10 χ 10 Torr bei einer Temperatur von 750° C für 10 Minuten durchgeführt. Durch Einbau der so hergestellten HPIN-Dlode innerhalb eines Hohlraumresonatore und durch Anlegen einer Betriebsspannung von Rechteckimpulsen in Rückwärtsrichtung der Diode kann eine Mikrowellensohwingung durch Tunnelingektion erhalten werden. Eine Schwingung mit einer frequenz von 256 6Hz und einem Ausgang von 1 mW kann mit einer Betriebsspannung von 8 V erhalten werden. Die Tatsache, daß die Ladungsträger-

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Injektion aufgrund dee funnels erfolgt, wurde durch die Tatsache bestätigt, daß die Betriebsspannung bei Ansteigen der Umgebungstemperatur verringert wird.

Eine weitere Ausfübrungsform zur Erzeugung der Fremdstoffverteilung der Fig. 1a wird nun gezeigt· Sine p~GaAe»Schicht mit hohem Widerstand und einer Freadstoffkonzentration von etwa 10 /car wird bis zu einer Dicke von 20yU auf einer Gallium-Arsenid-Trägerscheibe (OaAs) mit einer (iOO)-Fläche gebildet, die mit Zink bei einer Konzentration von 2 χ 10 7cr durch das Ver- -fahren des epitaxialen Wachsens gedopt ist. Biese Scheibe wird in eine durchsichtige Quarzampulle eingesetzt und des weiteren wird in dieser Ampulle Zink und Arsen dicht eingeschlossen und eine Zinkdiffusion wird mit einem Vakuum von 2,5 χ 10 Torr bei einer Temperatur von 850⁰C 3 Stunden lang durchgeführt. Hierbei wird das Arsen in der Ampulle zu dem Zweck dicht eingeschlossen, eine Zersetzung des QaAs während der Hitzebehandlung für die Diffusion zu verhindern. Bei dieser Diffusionsbθhandlung wird Zink nicht nur von der Fläche der Wachstumsschicht des GaAs, sondern auch von der Seite der mit Zink gedopten Scheibe bei hoher Konzentration in die epitaziale Schicht mit niedriger Konzentration mit dem Ergebnis diffundiert, daß die Breite des Bereiches der niedrigen Fremdstoffkonzentration innerhalb der epitazialen Schicht allmählich verengt wird. Bei der vorliegenden AusfUhrungeform wurde die Breite 5/u gemacht, jedoch kann dies in Abhängigkeit von dem Zustand des Aufbaus der Vorrichtung geändert werden. Als nächstes

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wird Zinn auf die Flachs der epitaxlalen Schicht verdampft, um einen p-n-Übergang ssu bilden, und Indium wird auf die Rückseite der Scheibe verdampft, um einen ohmschen Kontakt au erhalten, und dann wird die Legierung ausgeführt, indem die Wärmebehandlung im Vakuum bei einer Sempsratur von SOO⁰C 5 Minuten lang ausgeführt wird. Bann wird die Scheibe in eine Größe von 1 mm geschnitten und eine KP1P-Diode· wird hergestellt. Durch Befestigung dieser Diode in einem Mikrowellenhohlraum und durch Vorspannen einer Betriebsspannung der Rückwärtsrichtung kann eine Mikrowellenschwingung durch Tunnelin;) izierung erhalten werden.

Während die Diode bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dem Aufbau HP1P hat, kann eine Schwingung einer Millimeterwelle durch einen gleichartigen Vorgang mit dem Aufbau PNIH erhalten werden. Der gleichartige Vorgang kann mit dem Punktkontaktaufbau der fig· 2 anstelle der Fremdstoffverteilung nach der Fig. 1a ausgeführt werden. Gemäß Flg. 2 ist die Metallelektrode 6 mit dem Halbleiterträger 7 mit gleichrichtendem Kontakt verbunden und die Elektrodenschicht 9 1st ohmsoh mit dem Träger 7 verbunden. Durch Anlegen der Betriebsspannung zwischen den Elektroden 6 und 9 in Gegenrichtung ssu dem Übergang werden Elektronen von der Seite der Metallelektrode 6 in den Raum^JLadungsbereich 3 aufgrund des !Dunneleffektes injiziert und durchlaufen den Raumladungeberelch. 8. Der injizierte Träger schwächt das elektrische Feld in dem Raumladungsbereloh 8 und ver-

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hindert die folgende Ladungsträgerinjizierung. Wenn die Phase um ^- Mb «|-tf aufgrund der Zeitverzögerung durch diesen Durchgang verzögert wird, wird, ein negativer Widerstand erzeugt.

Bei dem Beispiel der Pig. 3 wird durch Anlegen einer Betriebsspannung an einen steilen Übergang der H-Schicht 10 und der P-Schiekt 11 in Etiekwärtsriehtung eine Ladungsträgerin j izlerung 12 in dem Mittelteil des Überganges durchgeführt, wo die Feldstärke aufgrund des Tunneleffektes am größten ist, und folglich wird die Feldstärke des Injizierungspunktes in dem Hittelteil des Überganges durch das elektrische Feld, das von dem Ladungsträger erzeugt wird, verringert und die nachfolgende Tunneling izierung wird verhindert. Am Ende des Durchganges des injizierten Ladungsträgers durch den in der Zeichnung nicht dargestellten Raumladungsbereich wird die Feldstärke des Injizierungepunktes bis zu einem Wert neu gespeichert, der groß genug ist, um eine Tunnelingizierung zu bewirken. Somit wird eine Stromschwingung durch den die !Eunnelinjizierung verhindernden Effekt des Ladungsträgers selbst und den Laufzelteffekt des Ladungsträgers verursacht. Beim vorliegenden Beispiel kann eine Schwingung durch Tunnelinjizierung bewirkt werden, falls die maximale elektrische Feldstärke Em bei umgekehrter Vorspannung groß genug ist, um einen Tunneldurchbruoh zu bewirken, und die Breite L des Raumladungsbereiches ist schmal genug, um das Wachsen einer Lawine zu verhindern. Sie Schwingungsfreqtuenz ist durch die Breite L des Raumladungsbereiohs bestimmt und

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deshalb ist eine Schwingung mit einer höheren Frequenz ■öglich. So ist 8.B. eine Sohtringung mit 100 bis 1000 GHs ■Sglioh. Ein Beispiel der freadatoffkonsentration einer Silisiumdiode, hei der eine Schwingung durch Tunnel·» injislerung beobachtet werden konnte, let in der folgenden Sahelle dargestellt.

Beispiel Möglicher Bereich

Hi	2x10¹⁸/oa⁵	10¹⁸- 10²¹/cm³
HD	5x10¹⁹/om⁵	10¹⁸- 10²¹/em³
L	500 £	unter 800 £

Der Diodenoesillator hei dem vorliegenden Beispiel wurde hergestellt, indem eine n-Ga&s-Schicht auf einer Trägersoheibe aus p-Galliua-Arsenid mit einer Fremdstoffkonsentration von 10 his 10 /evr durch das Lösungs-Yachs-Yerfahren gewachsen ist.

Dies wird nachfolgend im einseinen beschrieben. Sie Fläche einer p-GaAs-Trägerscheibe mit einer (lOO)-Fläche, die mit Zink bei einer. Konsentration von 1x10 ⁷/om^ gedopt ist, wird bis su einer Spiegelfläche durch mechanisches Polieren und chemisches Ätzen fein behandelt. Diese Trägerscheibe wird an einem Ende einer Ofenröhre aus transparentem Quare angeordnet und eine Löeungseättigung, die bei einer Temperatur von 710° C in einem Lösungsmetall gelöst ist, das aus einer legierung von 1,5g Zinn und 1,5g Gallium besteht, wird an dem anderen Ende angeordnet und diese Flächenröhre wird so geneigt, daß das gelöste Metall die Trägerscheibe bedecken kann, . und wird dann mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min ge-

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kühlt, damit eine n-öale-Einkristallecbdcht mit einer Sicke von 50/U wächst. Diese Sohicht enthält Zinn ait 2 bis 5 χ 10 /cm* als Sonatorenfremdstoff · Saraufhin werden beide Flächen der Scheibe leicht alt Karborundpulver eingehüllt und dann werden ohmsche Elektroden angebracht. Sie Scheibe wird e.B. eueret mit Nickel plattiert und wird dann für etwa 10 Minuten in einem Vakuum ton 10 Torr bei einer temperatur von ⁰ erhitzt und wird dann wieder mit Nickel plattiert und wird des weiteren vergoldet und die Bildung der Elektrode wird vervollständigt· Als nächstes wird diese Scheibe in Quadrate oder Reohteoke geschnitten. Sie Fläche dieser Pastillen kann s.B. 4 χ 10"** bis ΐθ~^ on² gemacht werden. Diese Siodenpastille 19 wird dann an das Ende eines Eupferfußes 20 gelötet und in dem Resonator 21 der Pig. 7 angebracht. Sieser Resonator hat eine bewegbare Kursaohlueplatte 22, einen E-Zweig 25 und einen H-Zweig 24 und sein Mittelteil ist mit einem Seil 25 versehen, der der Bedienung einer hohen Impedane gegenüber der Schwingung mit niedriger Frequene und der Bedingung einer niedrigen Impedans gegenüber einer Schwingung mit hoher Frequene genügt. Sie Höhe des Resonators' beträgt 1,27 mm, die Breite 2,54 mm und die länge ist innerhalb des Bereiches von 60 bis 75 am variabel. Wenn eine Impulsepannung alt einer Impulslänge von 100 nsec und 100 Impulse pro Sekunde so angelegt wurde, daß die Diode in Gegenrichtung vorgespannt ist, konnte eine Schwingung von 129 GHa erhalten werden. Sie Yorspannungs-Stromdichte betrug 2 χ 10⁵A/cm , der Ausgang betrug 1 mV. Sie maxi male feldstärke der Raumladungeschlcht erreichte 3x10 bis lO^

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In gleichartigerweise wurden Dioden mit verschiedenen Betriebsspannungen hergestellt. Die Beziehung zwischen der Durchbruchsspannung YB und dem Temperaturkoeffizienten J2>(t) der angelegten Spannung jeder dieser Dioden unter der Bedingung, daß die Stromdichte I 10A/cm² und 100A/em beträgt, ist in Fig. 6 gezeigt. In diesem Diagramm zeigt A ein Meter, bei dem eine Schwingung von 129 GHz erhalten werden konnte, und die Tatsache, daß (3 (φ) negativ ist, zeigt, daß der Durchbruch aufgrund des tunneleffektes vorherrscht. Die Schwingungsstartspannung dieses Musters beträgt 35 V, jedoch ergibt sich aus der Vprwärts-Kennlinie der Diode, daß ein Serienwiderstand vorhanden ist, und falls deshalb dieser Serienwiderstand berücksichtigt wird, kann gezeigt werden, daß die vorbezeichnete Durchbruchsspannung an dem Übergang angelegt worden ist, und eine Schwingung mit einer sehr hohen Frequenz kann durch die Injizierung des Ladungsträgers aufgrund des Tunneleffektes erhalten werden. Während bei dem vorliegenden Beispiel p-GaAs beschrieben worden ist, kann derselbe Effekt durch n-GaAs oder durch die Verwendung von Si, und GaF erreicht werden.

Fig. 4 zeigt Fremdetoffverteilunge und Energieband einer Diode, in der eine Tunnelin;}!zierung an allen Plätzen des Überganges ausgeführt worden ist. Bei dieser Diode bestehen nebeneinander der Injizierungebereich und der Durchgangsbereich und die Diode 1st für eine Schwingung mit höherer Frequenz geeignet. Hit 13 und 14 sind eine

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η-Schicht und eine p-Sohicht bezeichnet und mit 15 sind die tunnelinjizierten Elektronen bezeichnet. Der Übergang der Pig. 4 kann durch den allmählichen Übergang der flg. 5a angenähert werden.

Vie sich aus der vorangehenden Erläuterung ergibt, wird gemäß der Erfindung eine umgekehrte Vorspannung an einen sehr schmalen übergang angelegt und ein ladungsträger wird durch den !Tunneleffekt injiziert und veranlaßt, den Raumladungebereich des Überganges zu durchlaufen, und gleichzeitig wird das maximale elektrische Feld verringert und die nachfolgende Tunnelinj1zierung wird durch das elektrische Feld verhindert, das durch den injizierten Ladungsträger erzeugt wird, und eine Schwingung mit sehr hoher frequenz kann durch den Laufzeiteffekt des Ladungsträgers erhalten werden. In dem Pail der Injizierung aufgrund des Tunneleffektes ist die Durchbruchsspannung im Vergleich mit dem fall der Lawineninjizierung geringer und deshalb ist eine geringere zugeführte elektrische Energie erforderlich und deshalb kann ein Diodenoszillator mit einem sehr guten Wirkungsgrad und einer hohen Betriebssicherheit realisiert werden. Ein geringer Betrag des Lawinen-Stroms fließt manchmal zusammen mit dem !Tunnelstrom, jedoch beeinträchtigt dies nicht nachteilig die wesentliche Wirkung der Vorrichtung nach der Erfindung. Einige der Halbleitermaterialien, die bei der Erfindung

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verwendet werden, können, sind oben unter Besugnahae auf die Ausfülirungeformen beschrieben, jedoch kann la frinsip jedes beliebige Halbleitermaterial verwundet werden. Um aber den Tunneleffekt noch leichter darstellen su können und den Betrieb bei hoher Frequenz auefuhren su können, ist es erwünschter, Halbleitermaterialien alt großer Beweglichkeit in dem Surohgangsraum zu verwenden und in dieser Hinsicht sind Verbindungshalbleiter der ixt mit direkten tibergang und nit grofier Beweglichkeit, wie GaAs und InSb, am besten geeignet. Außer diesen sind auch Si und Ge verwendbar und Si hat eine höhere Stabilität als Ge.

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Claims

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Patentansprüche

1 .Jlaufzeitdiodenossillator, gekennzeichnet durch ^feinen Halbleiterträger mit einem pn-übergang, durch zwei mit dem Halbleiterträger verbundene Elektroden, durch eine Betriebsspannung, die an die Elektroden in umgekehrter Richtung» die den ρη-Übergaag kreuzt, angelegt ist, und durch einen Raumladungsbereioh, der durch das Anlegen der Betriebsspannung gebildet wird und in dem ein ladungsträger aufgrund des Tunneleffekt es injiziert wird, den Raumladungeber eich durchläuft und das innere elektrische feld in solchem Umfange verringert, daß die darauffolgende Ladungsträger injizierung gesteuert werden kann« daß jedoch ein I&winendurchbruoh in dem Hauptbereich nicht auftritt.

2. Laufseitdiodenoszillator nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterträger aus Silizium besteht. '

3. laufzeitdiodenoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterträger aus Germanium besteht.

4· laufzeitdiodenoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterträger aus Q&kB besteht.

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5. laufzeitdiodenoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterträger aus InSb besteht.

6. Laufzeitdiodenoszillator, gekennzeichnet durch einen Halbleiterträger mit einem Leitfähigkeitstyp und einer hohen Fremdstoffkonzentration, durch eine Schicht mit hohem Widerstand desselben leitfähigkeitstyps wie der Träger, die auf dem Xräger bis zu einer Dicke von etwa 0,5 bis 20/u gebildet ist, durch eine Halbleiterschicht desselben Leitfähigkeitstyps wie der Xräger, 'die auf der Schicht mit hohem Widerstand gebildet ist, wobei die Halbleiterschicht eine solche Fremdstoffverteilung aufweist, daß die Fremdstoffkonzentration so ansteigt, wie der Abstand von der Schicht mit hohem Widerstand ansteigt, und wobei die Fremdstoffkonzentration auf 10 '/cm^ bis 10 /ear ansteigt, durch eine rekristallisierte Halbleiterschicht mit einem Leitfähigkeitstyp, der umgekehrt zu dem Leitfähigkeitstyp des Trägers ist, und die mit dem Träger durch Bilden eines p-n-Übargangs verbunden ist, wobei die rekristallisierte Schicht eine Fremdstoffkonzentration von 10¹^ bis 10²⁰/cm' aufweist, durch zwei Elektroden, von denen eine ohmsch mit dem Träger verbunden ist und die andere ohmsch mit der rekristallisierten Halbleiterschicht verbunden ist und wobei eine Betriebsspannung an die Elektroden in umgekehrter Richtung des Übergangs angelegt ist, und

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durch einen Raumladungebereich, der durch das Anlegen der Betriebsspannung gebildet wird und in den ein Ladungsträger aufgrund des Tunneleffektes injiziert wird, die durchgestanzte Schicht mit hohem Widerstand durchläuft und das Innere elektrische feld in einem solchen Umfange verringert, daß die darauffolgende Tragerinjizierung verhindert werden kann, jedoch ein Lawinendurchbruch nicht spontan auftritt.

7· Laufzeitdiodenoszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterträger aus Silizium besteht·

8. Laufzeitdiodenoszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterträger aus Germanium besteht.

9» Laufzeitdiodenoszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterträger aus GaAs besteht,

10. Laufzeitdiodenoszillator, gekennzeichnet durch einen Halbleiterträger eines Leitfähigkeitstyps, der gleichförmig mit einer Konzentration von tO¹⁰ bis 1O²¹/cm³ gedopt ist, durch eine Halbleiterschicht mit einem Leitfähigkeit8typ_fder zu dem Leitfähigkeitstyp des Trägers umgekehrt ist, und die mit dem Träger verbunden ist, um einen steilen Obergang zu schaffen, wobei die Halbleiterschicht mit einer Konzentration von 10¹⁸ bis 10²¹/cm⁵ gedopt lat, durch

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■trel Elektroden, von denen eine wideretandsmä0ig alt dem Halbleiterträger verbunden let und die andere wideretandeaäfiig alt der Halbleitersohlcht verbunden ist und wobei eine Betriebsspannung an die Slektroden in einer Richtung angelegt wird, die umgekehrt eur Richtung dee p-n-Übergangs let, und durch einen Raumladungshereioh, der durch dae Anlegen der Betriebsspannung gebildet wird und in den ein ladungsträger aufgrund des Tunneleffekte in j leiert wird, den Raumladungebereioh durchläuft u£d das innere elektrische Feld in einen solchen umfange verringert, daß die darauffolgende Srägerinjlsierung verhindert werden kann, ein Lawinendurchbrach jedoch nicht spontan auftritt.

11. Laufeeitdiodenossillator nach Anspruch 10, dadurch gekennseiohnet, daß der Halbleiterträger aus Silislun besteht»

12· laufseitdlodenösBillator nach Anspruch 10, dadurch gekennaeiohnat, daß der Halbleiterträger aus Germanium besteht.

1^. laufBeitdlodenosBillator nach Anspruch 10, dadurch gekennseichnet, daß der Halbleiterträger aus GaAs besteht.

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